JP2007027187A - Plasma treatment apparatus and plasma treatment method using the same - Google Patents

Plasma treatment apparatus and plasma treatment method using the same Download PDF

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真也 岡崎
Yusuke Ehata
裕介 江畑
Kazuhiko Furukawa
和彦 古川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plasma treatment apparatus where a treatment characteristic can be equalized while filament-like electric discharge effective for the improvement of treatment speed is used, and neither increase of apparatus cost nor complication of an apparatus configuration are caused. <P>SOLUTION: The plasma treatment apparatus is provided with an electrode unit formed of a pair of a first electrode and a second electrode mutually adjacent across an insulator, a gas supply means which is confronted of the electrode unit and supplies gas to a space of ordinary pressure connected to an outer unit, a gas discharge means for discharging gas from the space, and a conveyance means which introduces and carries out an object to be treated to the space and carries it out. The electrode unit can generate filament-like electric discharges arranged between the first and second electrodes at almost equal pitches when electric power is supplied so as to form plasma. The electrode unit, the gas supply means, and the gas discharge means are arranged in such a way that a generation position of the filament-like electric discharge continuously moves by a gas flow flowing to the gas discharge means from the gas supply means. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、プラズマ処理装置とそれを用いたプラズマ処理方法に関し、詳しくは、フィラメント状放電によるプラズマを利用するプラズマ処理装置とプラズマ処理方法に関する。   The present invention relates to a plasma processing apparatus and a plasma processing method using the same, and more particularly to a plasma processing apparatus and a plasma processing method using plasma generated by filament discharge.

近年、大気圧またはその近傍の圧力下においてプラズマを生成し、前記プラズマによる化学反応を利用して、各種基板上への薄膜形成、基板の加工、基板の表面処理等のプラズマ処理を行う大気圧プラズマ処理装置が種々提案されている。大気圧付近でプラズマ処理を行うことが可能であれば、反応容器内を高真空に排気する必要がなく、装置構成を簡略化できるため、プラズマ処理装置の製造コストを大幅に削減できる利点がある。   In recent years, atmospheric pressure has been generated in which plasma is generated at atmospheric pressure or in the vicinity thereof and plasma processing such as thin film formation, substrate processing, substrate surface treatment, etc. is performed on various substrates using the chemical reaction by the plasma. Various plasma processing apparatuses have been proposed. If it is possible to perform plasma processing near atmospheric pressure, there is no need to evacuate the reaction vessel to a high vacuum, and the configuration of the apparatus can be simplified, so there is an advantage that the manufacturing cost of the plasma processing apparatus can be greatly reduced. .

大気圧プラズマ処理方法としては、対向する電極間にガス流路を形成し、前記電極間に電圧を印加することによって電極間にプラズマを発生させ、被処理物を電極間内に配置することで所望の処理を行う方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。ここでは、このような大気圧プラズマ処理方法をダイレクトプラズマ方式と称する。   As an atmospheric pressure plasma processing method, a gas flow path is formed between opposing electrodes, a voltage is applied between the electrodes to generate plasma between the electrodes, and an object to be processed is placed between the electrodes. A method for performing a desired process is known (see, for example, Patent Document 1). Here, such an atmospheric pressure plasma processing method is referred to as a direct plasma method.

ダイレクトプラズマ方式では、被処理物表面の極めて近傍で活性種が生成され、生成された活性種は失活するよりも早く被処理物の表面に到達するため、高速処理が可能であるという利点がある。その一方で、電気力線方向は、被処理物の表面に対して略垂直となるため、必然的にプラズマが被処理物の表面と直接接触することになり、特に、電極間でアーク状の放電が発生した場合には被処理物が甚大なダメージを受けるという問題がある。   In the direct plasma method, active species are generated very close to the surface of the object to be processed, and the generated active species reach the surface of the object to be processed earlier than it is deactivated. is there. On the other hand, the direction of the electric lines of force is substantially perpendicular to the surface of the object to be processed, so that the plasma inevitably comes into direct contact with the surface of the object to be processed. When discharge occurs, there is a problem that the object to be processed is seriously damaged.

これに対し、プラズマが被処理物と直接接触せず所望の処理を行える大気圧プラズマ処理方法として、対向した電極間にガス流路を形成し、前記電極間に電圧を印加することによってプラズマを発生させ、活性種を放電領域外に配置された被処理物に向けて噴出する方法が知られている(例えば、特許文献2参照)。ここでは、このような大気圧プラズマ処理方法をリモートプラズマ方式と称する。   On the other hand, as an atmospheric pressure plasma processing method in which the plasma does not directly contact the object to be processed and a desired processing can be performed, a gas flow path is formed between the opposed electrodes, and a voltage is applied between the electrodes to generate the plasma. A method is known in which active species are generated and ejected toward an object to be processed disposed outside the discharge region (see, for example, Patent Document 2). Here, such an atmospheric pressure plasma processing method is referred to as a remote plasma method.

リモートプラズマ方式では、プラズマ生成位置が被処理物から離れた位置にあり、プラズマ中に生成した活性種が拡散して被処理物の表面に到達し処理が行われるため、ダイレクトプラズマ方式ほどプラズマダメージが大きくならないという利点を有する。
しかしながら、このような利点を有する一方で、プラズマ生成位置から被処理物の表面に到達するまでに失活する活性種が多いため処理速度が遅く、これを解決するには電極を複数組並べることによって、発生するプラズマの本数を増加させなければならず、装置コストが増大するという問題がある。
In the remote plasma method, the plasma generation position is far from the object to be processed, and active species generated in the plasma diffuse and reach the surface of the object to be processed. Has the advantage of not increasing.
However, while having such advantages, the processing speed is slow because there are many active species that are deactivated before reaching the surface of the object to be processed from the plasma generation position. To solve this problem, a plurality of electrodes are arranged. Therefore, the number of generated plasmas has to be increased, and there is a problem that the apparatus cost increases.

また、発生するプラズマの本数を増加させたとしても、対向した電極間にガス流路が形成されることから、一度プラズマ放電に供された反応ガスを再度プラズマ放電に利用することは困難であり、反応ガスの利用効率が低くなり反応ガスに係るコストが増大するという問題がある。   Even if the number of generated plasmas is increased, a gas flow path is formed between the opposed electrodes, so that it is difficult to use the reaction gas once subjected to plasma discharge for plasma discharge again. There is a problem that the utilization efficiency of the reaction gas is lowered and the cost for the reaction gas is increased.

そこで、処理速度が速く、かつ、被処理物にダメージを与えない処理を実現する大気圧プラズマ処理方法として、絶縁体を挟んで隣接する一対の電力印加電極と接地電極とからなる電極ユニットを設け、この電極ユニットと対向するように被処理物を配置して絶縁体と被処理物の間にガス流路を形成し、電力印加電極と接地電極との間に電圧を印加することにより大気圧プラズマを発生させ、この大気圧プラズマ中で生成された活性種によって処理を行う方法が知られている(例えば、特許文献3参照)。ここでは、このような大気圧プラズマ処理方法をセミリモートプラズマ方式と称する。   Therefore, as an atmospheric pressure plasma processing method that realizes processing that has a high processing speed and that does not damage the object to be processed, an electrode unit comprising a pair of power application electrodes and a ground electrode adjacent to each other with an insulator interposed therebetween is provided. The atmospheric pressure is obtained by arranging the object to be processed so as to face the electrode unit, forming a gas flow path between the insulator and the object to be processed, and applying a voltage between the power application electrode and the ground electrode. A method is known in which plasma is generated and treatment is performed using active species generated in the atmospheric pressure plasma (see, for example, Patent Document 3). Here, such an atmospheric pressure plasma processing method is referred to as a semi-remote plasma method.

セミリモートプラズマ方式によれば、電気力線方向と被処理物表面とが略平行となり、プラズマ生成位置が被処理物と離れた位置となるため、プラズマが被処理物に直接接触せず、リモートプラズマ方式と同様、ダイレクトプラズマ方式に比べてダメージが少ない。また、セミリモートプラズマ方式によれば、絶縁体と被処理物との間のガス流路において放電が起こるため、失活する活性種が少なく、リモートプラズマ方式と比べて処理が高速になる。
さらに、処理速度向上のため、電極を複数本並べて発生するプラズマの本数を増加させた場合、ガス流方向の上流側でプラズマ放電に供された反応ガスをガス流方向の下流側でもプラズマ放電に再度利用できるため、反応ガスの利用効率が非常に高くなり、リモートプラズマ方式よりも反応ガスに係るコストを削減できる。このような事情から、セミリモートプラズマ方式に係る研究が現在盛んに進められている。
According to the semi-remote plasma method, the direction of electric lines of force and the surface of the object to be processed are substantially parallel, and the plasma generation position is separated from the object to be processed. Like the plasma method, the damage is less than the direct plasma method. In addition, according to the semi-remote plasma method, discharge occurs in the gas flow path between the insulator and the object to be processed, so that there are few active species to be deactivated, and the processing becomes faster than the remote plasma method.
Furthermore, when the number of plasmas generated by arranging a plurality of electrodes is increased in order to improve the processing speed, the reaction gas supplied to the plasma discharge on the upstream side in the gas flow direction is also converted into the plasma discharge on the downstream side in the gas flow direction. Since it can be used again, the utilization efficiency of the reaction gas becomes very high, and the cost for the reaction gas can be reduced as compared with the remote plasma method. Under such circumstances, research on the semi-remote plasma method is being actively promoted.

ここで、電圧の印加に伴い、一般にセミリモートプラズマ方式の放電状態がどのように変化するのか説明する。
ガス流路に反応ガスを流した状態で、絶縁体を挟んで隣接する電極間に印加する電圧を増加させていくと、放電開始電圧を超えたところでグロー放電が発生する。この状態では、電界によって加速された電子がガス分子と衝突することにより引き起こされるガス分子の電離が放電空間全体で起こるため、空間的に均一な放電となる。しかし、プラズマ空間の電界が低いため、電離はゆっくりと進行し、プラズマ中の電子密度は低く、結果として活性種の密度も低いため、処理速度は非常に遅くなる。
Here, how the discharge state of the semi-remote plasma method generally changes with the application of voltage will be described.
If the voltage applied between adjacent electrodes is increased with the reactant gas flowing in the gas flow path, glow discharge occurs when the discharge start voltage is exceeded. In this state, the ionization of the gas molecules caused by the electrons accelerated by the electric field colliding with the gas molecules occurs in the entire discharge space, resulting in a spatially uniform discharge. However, since the electric field in the plasma space is low, ionization proceeds slowly, the density of electrons in the plasma is low, and as a result, the density of active species is also low, resulting in a very slow processing speed.

そして、グロー放電が発生した状態から更に印加電圧を増加させると、輝度の高いフィラメント状放電が等ピッチで発生する。フィラメント状放電の領域は、それ以外の領域に比べて電子密度が高いため、活性種密度も非常に高くなり、フィラメント状放電の領域で処理を行えば高い処理速度を得ることができる(例えば、特許文献4参照)。なお、大気圧プラズマ放電は、グロー放電からフィラメント状放電に至るまでの電圧の幅が小さいという特徴がある。
特許第3014111号公報 特許第2537304号公報 特開2000−306848号公報 特開2000−169977号公報
When the applied voltage is further increased from the state where glow discharge is generated, filamentous discharge with high brightness is generated at an equal pitch. Since the filament discharge region has a higher electron density than the other regions, the active species density is also extremely high, and a high processing speed can be obtained if processing is performed in the filament discharge region (for example, (See Patent Document 4). The atmospheric pressure plasma discharge has a feature that the voltage range from the glow discharge to the filament discharge is small.
Japanese Patent No. 3014111 Japanese Patent No. 2537304 JP 2000-306848 A JP 2000-169977 A

しかしながら、フィラメント状放電によるプラズマ処理は、以下の3つの課題を抱える。
第一に、フィラメント状放電を反映した処理特性分布が生じる点が挙げられる。前述のように、フィラメント状放電では、局所的に電子密度の高い領域が発生するため、被処理物のうち、フィラメント状放電が発生している位置の直下に対応する部分は処理速度が速く、フィラメント状放電が発生していない位置の直下に対応する部分は処理速度が遅い。この結果、被処理物上の処理効果に大きなばらつきが発生することになる。
However, plasma processing using filamentary discharge has the following three problems.
First, a processing characteristic distribution reflecting filamentary discharge is generated. As described above, in filamentous discharge, a region having a high electron density is locally generated. Therefore, a portion corresponding to a position immediately below the position where the filamentous discharge is generated in the object to be processed has a high processing speed. The processing speed is low in the portion corresponding to the position immediately below the position where the filament discharge is not generated. As a result, a large variation occurs in the processing effect on the object to be processed.

第二に、特に液晶用基板など、導体パターンと半導体あるいは絶縁体パターンが混在、または積層されているような被処理物に対してフィラメント状放電によるプラズマを適用すると、被処理物に対して与えるダメージが大きいことが挙げられる。フィラメント状放電部分は局所的に電界強度が強くなるため、電気力線が電力印加電極と接地電極間だけでなく、電力印加電極と被処理物間にも形成されることがある。したがって、非常に大きな処理特性分布が発生するだけでなく、場合によっては被処理物に大きなダメージを与えることになる。   Secondly, when a plasma by filament discharge is applied to an object to be processed in which a conductor pattern and a semiconductor or insulator pattern are mixed or laminated, such as a liquid crystal substrate, it is given to the object to be processed. The damage is large. Since the electric field strength locally increases in the filament-shaped discharge portion, electric lines of force may be formed not only between the power application electrode and the ground electrode but also between the power application electrode and the workpiece. Therefore, not only a very large processing characteristic distribution occurs, but in some cases, a large amount of damage is caused to the object to be processed.

そして第三に、電極ユニット部品の耐久性を低下させる点が挙げられる。前述したように、フィラメント状放電の発生位置が固定されるため、絶縁体に熱伝導度の低い材料を用いた場合、フィラメント状放電の発生位置の温度が局所的に上昇し、熱応力で絶縁体が割れる場合がある。この割れが発生した領域は、割れが発生していない領域と異なるプラズマ状態になり、処理特性分布が生じる原因になる。これを解決するには絶縁体を交換するほかなく、装置のメンテナンスコストを増大させる。   Thirdly, the durability of the electrode unit component is reduced. As described above, since the filament discharge generation position is fixed, when a material with low thermal conductivity is used for the insulator, the temperature of the filament discharge generation position rises locally and insulation is caused by thermal stress. The body may break. The region where the crack is generated is in a plasma state different from the region where the crack is not generated, which causes a processing characteristic distribution. In order to solve this, it is necessary to replace the insulator and increase the maintenance cost of the apparatus.

これらの課題から、フィラメント状放電を用いた処理を行う場合は、処理用途や処理対象が限定され、また処理を行う場合でも、必要な処理特性を得るためのプロセスウインドウが非常に狭くなる。このため、フィラメント状放電によるプラズマ処理は、排ガスの無害化処理などに使うことはあっても、特に基板の処理においては敬遠され、むしろフィラメント状放電は抑制してグロー放電によりプラズマ処理を行うことが多いのが現状である。
しかしながら、グロー放電による処理の場合、低い処理速度を電極組数の増加などで補う必要があり、装置コストの増大や、装置構成の複雑化などを伴う。特に被処理物が大型化するほど、この問題は顕著になる。
Because of these problems, when processing using filamentary discharge is performed, processing applications and processing targets are limited, and even when processing is performed, the process window for obtaining necessary processing characteristics becomes very narrow. For this reason, the plasma treatment by filamentary discharge can be used for detoxification treatment of exhaust gas, but it should be avoided especially in the treatment of substrates. Rather, filamentous discharge is suppressed and plasma treatment is performed by glow discharge. There are many current situations.
However, in the case of processing by glow discharge, it is necessary to compensate for the low processing speed by increasing the number of electrode sets, which increases the device cost and complicates the device configuration. In particular, this problem becomes more prominent as the workpiece becomes larger.

この発明は以上のような事情を考慮してなされたものであり、処理速度の高速化に有効なフィラメント状放電を利用しつつ処理特性の均一化を図ることができ、さらには装置コストの増大や装置構成の複雑化を招くこともないプラズマ処理装置を提供するものである。   The present invention has been made in consideration of the above-described circumstances, and it is possible to achieve uniform processing characteristics while utilizing filamentary discharge effective for increasing the processing speed, and further increase the cost of the apparatus. The present invention also provides a plasma processing apparatus that does not cause a complicated configuration of the apparatus.

この発明は、絶縁体を挟んで互いに隣接する一対の第1電極および第2電極とからなる電極ユニットと、電極ユニットと対向しかつ外部と通ずる常圧の空間にガスを供給するガス供給手段と、前記空間からガスを排出するガス排出手段と、前記空間に被処理物を導入し搬送し搬出する搬送手段とを備え、電極ユニットは電力が投入された際に第1および第2電極間に略等ピッチで並ぶフィラメント状放電を発生させてプラズマを生成でき、電極ユニット、ガス供給手段およびガス排出手段は、ガス供給手段からガス排出手段へ流れるガス流によってフィラメント状放電の発生位置が連続的に移動するようにそれぞれ配置されることを特徴とするプラズマ処理装置を提供するものである。   The present invention relates to an electrode unit composed of a pair of first and second electrodes adjacent to each other with an insulator interposed therebetween, and gas supply means for supplying gas to a normal pressure space facing the electrode unit and communicating with the outside. The gas discharge means for discharging the gas from the space; and the transfer means for introducing, transferring and carrying out the object to be processed into the space, and the electrode unit is interposed between the first and second electrodes when power is turned on. Plasma can be generated by generating filamentary discharges arranged at substantially equal pitches, and the electrode unit, gas supply means, and gas discharge means have continuous filament discharge occurrence positions due to the gas flow flowing from the gas supply means to the gas discharge means. The plasma processing apparatus is provided so as to move to each other.

この発明によれば、略等ピッチで並ぶフィラメント状放電の発生位置が、ガス流によって連続的に移動するので、処理速度の高速化を図りつつ処理特性の均一化を図ることができる。
また、フィラメント状放電の発生位置が連続的に移動するので、被処理物へのダメージも抑制される。
さらには、フィラメント状放電の発生位置を移動させる手段としてガス流を利用するので、装置コストの増大や装置構成の複雑化を招くこともない。
According to the present invention, the generation positions of filamentary discharges arranged at substantially equal pitches are continuously moved by the gas flow, so that the processing characteristics can be made uniform while increasing the processing speed.
Moreover, since the filament discharge generation position moves continuously, damage to the object to be processed is also suppressed.
Furthermore, since the gas flow is used as means for moving the filament discharge generation position, the apparatus cost is not increased and the apparatus configuration is not complicated.

この発明によるプラズマ処理装置は、絶縁体を挟んで互いに隣接する一対の第1電極および第2電極とからなる電極ユニットと、電極ユニットと対向しかつ外部と通ずる常圧の空間にガスを供給するガス供給手段と、前記空間からガスを排出するガス排出手段と、前記空間に被処理物を導入し搬送し搬出する搬送手段とを備え、電極ユニットは電力が投入された際に第1および第2電極間に略等ピッチで並ぶフィラメント状放電を発生させてプラズマを生成でき、電極ユニット、ガス供給手段およびガス排出手段は、ガス供給手段からガス排出手段へ流れるガス流によってフィラメント状放電の発生位置が連続的に移動するようにそれぞれ配置されることを特徴とする。   The plasma processing apparatus according to the present invention supplies gas to an electrode unit composed of a pair of first and second electrodes adjacent to each other with an insulator interposed therebetween, and a normal pressure space facing the electrode unit and communicating with the outside. Gas supply means; gas discharge means for discharging gas from the space; and transport means for introducing, transporting, and unloading an object to be treated in the space. Plasma can be generated by generating filamentary discharges arranged at approximately the same pitch between two electrodes, and the electrode unit, gas supply means and gas discharge means generate filament discharges by the gas flow flowing from the gas supply means to the gas discharge means. The positions are respectively arranged so as to move continuously.

この発明によるプラズマ処理装置において、常圧とは、大気圧又は大気圧の近傍の圧力を意味する。したがって、この発明によるプラズマプロセス装置において、常圧には、大気圧はもちろん、大気圧からある程度減圧された圧力や、大気圧からある程度加圧された圧力も含まれる。   In the plasma processing apparatus according to the present invention, the normal pressure means atmospheric pressure or a pressure near atmospheric pressure. Therefore, in the plasma process apparatus according to the present invention, the atmospheric pressure includes not only atmospheric pressure, but also pressure reduced to some extent from atmospheric pressure and pressure pressurized to some extent from atmospheric pressure.

電極ユニットを構成する一対の第1および第2電極は、導電体で形成されていればよく、その材料は特に限定されないが、具体例としては、例えば、アルミニウム、銅、または真鍮などの導電性金属材料が挙げられる。
また、第1および第2電極に挟まれる絶縁体としては、耐熱性、耐電圧性、耐プラズマ性、耐ガス性に優れた絶縁性材料で形成されていればよく、その材料は特に限定されないが、具体例としては、例えば、Al2O3、MgO、TiO2、AlNなどの絶縁性材料が挙げられる。
なお、第1電極および第2電極のうち少なくとも被処理物と対向する面は、反応ガス、プラズマ中で生成された活性種、反応後の生成物などによって表面が侵されないように絶縁体で被覆されることが好ましい。
The pair of first and second electrodes constituting the electrode unit is only required to be formed of a conductor, and the material thereof is not particularly limited. Specific examples thereof include conductive materials such as aluminum, copper, and brass. A metal material is mentioned.
The insulator sandwiched between the first and second electrodes is not particularly limited as long as it is formed of an insulating material having excellent heat resistance, voltage resistance, plasma resistance, and gas resistance. However, specific examples include insulating materials such as Al2O3, MgO, TiO2, and AlN.
Note that at least the surface of the first electrode and the second electrode facing the object to be processed is covered with an insulator so that the surface is not affected by the reaction gas, the active species generated in the plasma, the product after the reaction, etc. It is preferred that

ガス供給手段としては、電極ユニットと対向しかつ外部と通ずる常圧の空間にガスを供給できる構成を備えていればよく、その構成は特に限定されないが、具体例としては、ガスボンベ、ガスボンベから前記空間内へ通ずるガス供給路、ガス供給路中に設けられたガス流量調節機構などで構成されたものが挙げられる。
ガス排出手段としては、電極ユニットと対向しかつ外部と通ずる常圧の空間内からガスを排出できるものであればよく、その構成は特に限定されないが、具体例としては、例えば、排気ポンプと、前記空間内から導出され排気ポンプへ接続されたガス排出路とから構成されるものが挙げられる。
The gas supply means is not particularly limited as long as it has a configuration capable of supplying gas to a normal pressure space facing the electrode unit and communicating with the outside, and specific examples thereof include a gas cylinder and a gas cylinder. Examples thereof include a gas supply path leading into the space, and a gas flow rate adjusting mechanism provided in the gas supply path.
The gas discharge means may be any gas discharge means as long as it can discharge gas from the space at normal pressure facing the electrode unit and communicating with the outside, and its configuration is not particularly limited, but as a specific example, for example, an exhaust pump, What is comprised from the gas exhaust path derived | led-out from the said space and connected to the exhaust pump is mentioned.

搬送手段としては、被処理物を電極ユニットと対向しかつ外部と通ずる常圧の空間に導入し、前記空間内で被処理物を搬送し、前記空間から被処理物を搬出できるものであればよく、その構成は特に限定されない。
ガスとしては、処理の目的に応じて様々なガスを用いることができ限定されるものではないが、放電を容易に維持できるようにHe、Ne、Arなどの希ガスが含まれることが望ましく、前記希ガスに所望の処理に応じて添加ガスを加える。添加ガスとしては、例えば被処理物表面の有機物のクリーニング、レジストの除去、有機材料フィルムの加工などの処理を行うのであれば、O2、空気、水蒸気などの酸化性ガスを用いればよく、Si、SiO2、SiNなどのシリコン材料のエッチング処理を行うのであれば、CF4、CHF3、SF6などのハロゲンガスを用いればよい。
Any conveying means may be used as long as it can introduce the object to be treated into a normal pressure space facing the electrode unit and communicate with the outside, convey the object to be treated in the space, and unload the object from the space. Well, the configuration is not particularly limited.
As the gas, various gases can be used depending on the purpose of the treatment, and it is not limited, but it is desirable to include a rare gas such as He, Ne, Ar so that the discharge can be easily maintained. An additive gas is added to the rare gas according to a desired treatment. As the additive gas, for example, an oxidizing gas such as O 2, air, or water vapor may be used if processing such as cleaning of the organic substance on the surface of the object to be processed, removal of the resist, or processing of the organic material film is performed. If an etching process of a silicon material such as SiO 2 or SiN is performed, a halogen gas such as CF 4, CHF 3, or SF 6 may be used.

この発明によるプラズマ処理装置において、ガス供給手段からガス排出手段へ流れるガス流は、第1電極から第2電極へ向かう電気力線方向に対して直交する方向成分のガス流を含むことが好ましい。   In the plasma processing apparatus according to the present invention, the gas flow flowing from the gas supply means to the gas discharge means preferably includes a gas flow having a directional component orthogonal to the direction of the electric force line from the first electrode to the second electrode.

この発明は別の観点からみると、上述のこの発明によるプラズマ処理装置を用い、電極ユニットと対向しかつ外部と通ずる常圧の空間にガス供給手段からガスを供給する工程と、電極ユニットに電力を投入して第1および第2電極間に略等ピッチで並ぶフィラメント状放電を発生させてプラズマを生成する工程と、搬送手段によって被処理物を前記空間に導入し搬送し搬出する工程とを備え、ガス供給手段からガスを供給する工程は、電力の投入によって発生したフィラメント状放電の発生位置がガス供給手段からガス排出手段へ流れるガス流によって連続的に移動するようにガスを供給する工程であることを特徴とするプラズマ処理方法を提供するものでもある。   From another point of view, the present invention uses the above-described plasma processing apparatus according to the present invention to supply a gas from the gas supply means to a normal pressure space facing the electrode unit and communicating with the outside. And generating a plasma by generating filamentary discharges arranged at substantially equal pitches between the first and second electrodes, and introducing and transporting the workpiece to the space by the transport means The step of supplying gas from the gas supply means is a step of supplying gas so that the generation position of the filament-like discharge generated by the power supply is continuously moved by the gas flow flowing from the gas supply means to the gas discharge means. The present invention also provides a plasma processing method characterized by the above.

この発明による上述のプラズマ処理方法において、ガス供給手段からガスを供給する工程は、ガス供給手段からガス排出手段へ流れるガス流が、第1電極から第2電極へ向かう電気力線方向に対して直交する方向成分のガス流を含むようにガスを供給する工程であることが好ましい。   In the above-described plasma processing method according to the present invention, the step of supplying the gas from the gas supply means is performed such that the gas flow flowing from the gas supply means to the gas discharge means is in the direction of the electric force lines directed from the first electrode to the second electrode. It is preferable that the gas is supplied so as to include a gas flow of orthogonal direction components.

また、この発明による上述のプラズマ処理方法において、ガス供給手段からガスを供給する工程は、電極ユニットと対向する部位におけるガス流の方向と第1電極から第2電極へ向かう電気力線方向とのなす角度θが、0<θ<90°の条件を満たすようにガスを供給する工程であってもよい。   Further, in the above-described plasma processing method according to the present invention, the step of supplying the gas from the gas supply means includes the direction of the gas flow at the portion facing the electrode unit and the direction of the electric force lines from the first electrode to the second electrode. It may be a step of supplying gas so that the angle θ formed satisfies the condition of 0 <θ <90 °.

また、この発明による上述のプラズマ処理方法において、フィラメント状放電の発生位置が連続的に移動する速度は、第1電極から第2電極へ向かう電気力線方向と直交する方向成分のガス流の流速と略等しくてもよい。   Further, in the above-described plasma processing method according to the present invention, the speed at which the filament discharge generation position continuously moves is the flow velocity of the gas flow in the direction component orthogonal to the direction of the electric force line from the first electrode to the second electrode. And may be approximately equal.

また、電極ユニットと対向する部位におけるガス流の方向と第1電極から第2電極へ向かう電気力線方向とのなす角度θが、0<θ<90°の条件を満たすようにガスが供給される上記のプラズマ処理方法において、ガス供給手段からガス排出手段へ流れるガス流の流速Jは、フィラメント状放電の発生位置が移動しない時のフィラメント状放電のピッチM、被処理物の移動速度V、第1電極から第2電極へ向かう電気力線方向に平行な方向のプラズマ発生領域の幅W、前記角度θ、1以上の整数kにより、J=kMV/(Wsinθcosθ)の関係を満たすように設定されてもよい。   Further, the gas is supplied so that the angle θ formed by the direction of the gas flow at the portion facing the electrode unit and the direction of the electric force line from the first electrode toward the second electrode satisfies the condition of 0 <θ <90 °. In the above plasma processing method, the flow velocity J of the gas flow flowing from the gas supply means to the gas discharge means is the filament discharge pitch M when the filament discharge generation position does not move, the workpiece moving speed V, The width W of the plasma generation region in the direction parallel to the direction of the electric force line from the first electrode to the second electrode, the angle θ, and an integer k equal to or greater than 1 are set so as to satisfy the relationship of J = kMV / (Wsinθcosθ). May be.

また、この発明による上述のプラズマ処理方法は、被処理物がガラス基板上に導体パターンと半導体または絶縁体パターンが混在あるいは積層された液晶用基板基板であり、ガス供給手段から供給されるガスが希ガスに酸化性ガスまたはハロゲンガスが添加された反応ガスであってもよい。   In the plasma processing method according to the present invention, the object to be processed is a liquid crystal substrate substrate in which a conductor pattern and a semiconductor or insulator pattern are mixed or laminated on a glass substrate, and the gas supplied from the gas supply means is A reactive gas in which an oxidizing gas or a halogen gas is added to a rare gas may be used.

以下、図面に示す実施例に基づいてこの発明を詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the drawings.

実施例
図1〜4に基づいて、この発明の実施例によるプラズマ処理装置とそれを用いたプラズマ処理方法について説明する。
図1は、実施例によるプラズマ処理装置の横断面図(図2のX−X'断面図)、図2は実施例によるプラズマ処理装置の縦断面図(図1のY−Y'断面図)、図3は図1に示されるプラズマ処理装置の電極ユニットの底面図、図4はフィラメント状放電が移動する様子を説明する説明図である。
Embodiments A plasma processing apparatus and a plasma processing method using the same according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
1 is a transverse sectional view of the plasma processing apparatus according to the embodiment (XX ′ sectional view of FIG. 2), and FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the plasma processing apparatus according to the embodiment (YY ′ sectional view of FIG. 1). 3 is a bottom view of the electrode unit of the plasma processing apparatus shown in FIG. 1, and FIG. 4 is an explanatory view for explaining how the filament discharge moves.

図1〜3に示されるように、実施例によるプラズマ処理装置18は、絶縁体4を挟んで互いに隣接する一対の高電圧印加電極(第1電極)2および接地電極(第2電極)3とからなる電極ユニット1と、電極ユニット1と対向しかつ外部と通ずるガス流路(常圧の空間)9に反応ガスを供給するガス導入口(ガス供給手段)6と、ガス流路9からガスを排出するガス排出口(ガス排出手段)7と、ガス流路9に被処理物10を導入し搬送し搬出する搬送装置(搬送手段)8とを備えている。
電極ユニット1は電源11から電力が投入された際に高電圧印加電極2と接地電極3との間に略等ピッチで並ぶフィラメント状放電を発生させてプラズマ5を生成でき、電極ユニット1、ガス導入口6およびガス排出口7は、ガス導入口6からガス排出口7へガス流路9を流れるガス流によってフィラメント状放電の発生位置が連続的に移動するようにそれぞれ配置されている。
As shown in FIGS. 1 to 3, the plasma processing apparatus 18 according to the embodiment includes a pair of high voltage application electrodes (first electrodes) 2 and ground electrodes (second electrodes) 3 that are adjacent to each other with the insulator 4 interposed therebetween. A gas introduction port (gas supply means) 6 for supplying a reactive gas to a gas flow path (normal pressure space) 9 facing the electrode unit 1 and communicating with the outside, and a gas flow from the gas flow path 9 A gas discharge port (gas discharge means) 7 for discharging the gas and a transfer device (transfer means) 8 for introducing the object to be processed 10 into the gas flow path 9 and transferring and discharging it.
The electrode unit 1 can generate plasma 5 by generating filamentary discharges arranged at substantially equal pitches between the high voltage application electrode 2 and the ground electrode 3 when power is supplied from the power source 11. The introduction port 6 and the gas discharge port 7 are respectively arranged such that the filament discharge generation position continuously moves by the gas flow flowing through the gas flow path 9 from the gas introduction port 6 to the gas discharge port 7.

高電圧印加電極2は電源11に接続されており、接地電極3は接地されている。高電圧印加電極2と接地電極3との間には、絶縁体4が挟まれているので、高電圧印加電極2と接地電極3との間に電圧を印加した場合、絶縁体4の一部の領域に電力伝達線路開放端12が形成される。電源11から投入された電力は電力伝達線路開放端12に達し、電力伝達線路開放端12の近傍に高電界を発生させる。前記電界が放電開始電界を越えると電力伝達線路開放端12付近にプラズマ5が発生する。
本実施例において、高電圧印加電極2および接地電極3はAlからなり、絶縁体はAl2O3からなる。電源11には、13.56MHzの高周波電源を用いているが、必要であれば、高電圧印加電極2に効率よく電力を投入するために電源、プラズマを含む共振回路のインピーダンスを制御する装置を挿入してもよい。
The high voltage application electrode 2 is connected to a power source 11 and the ground electrode 3 is grounded. Since the insulator 4 is sandwiched between the high voltage application electrode 2 and the ground electrode 3, when a voltage is applied between the high voltage application electrode 2 and the ground electrode 3, a part of the insulator 4 The power transmission line open end 12 is formed in the region of. The electric power input from the power supply 11 reaches the power transmission line open end 12 and generates a high electric field in the vicinity of the power transmission line open end 12. When the electric field exceeds the discharge start electric field, plasma 5 is generated near the open end 12 of the power transmission line.
In this embodiment, the high voltage application electrode 2 and the ground electrode 3 are made of Al, and the insulator is made of Al2O3. A high frequency power source of 13.56 MHz is used as the power source 11, but if necessary, a device for controlling the impedance of the resonance circuit including the power source and the plasma in order to efficiently apply power to the high voltage application electrode 2. It may be inserted.

ガス導入口6より反応ガスを導入し、ガス排出口7から排気することにより、電極ユニット1と被処理物との間に形成されたガス流路9に反応ガスが流れる。
電極ユニット1と被処理物10との距離Lは小さく設定するほど、失活する前に被処理物10に到達する活性種の数が増加し、処理速度が向上するので望ましいが、小さく設定しすぎると放電空間と被処理物10との距離が近くなりすぎるため、高電圧印加電極2と被処理物10との間でアーク放電が発生し、被処理物10に甚大なダメージを与える恐れが生ずる。電極ユニット1と被処理物10との距離Lの適切な値は、電極構造や投入電力などで決まる放電空間の電界強度に応じて適宜変更される。
By introducing the reaction gas from the gas introduction port 6 and exhausting from the gas discharge port 7, the reaction gas flows through the gas flow path 9 formed between the electrode unit 1 and the object to be processed.
As the distance L between the electrode unit 1 and the object to be processed 10 is set to be small, the number of active species that reach the object to be processed 10 before being deactivated is increased and the processing speed is improved. If the discharge space is too large, the distance between the discharge space and the object to be processed 10 becomes too short, so that arc discharge occurs between the high voltage application electrode 2 and the object to be processed 10, and the object to be processed 10 may be seriously damaged. Arise. An appropriate value of the distance L between the electrode unit 1 and the workpiece 10 is appropriately changed according to the electric field strength in the discharge space determined by the electrode structure, input power, and the like.

発生したプラズマ5に反応ガスが供給されると、反応ガスが励起されて活性種が生成される。ここで、投入電力を調整し、フィラメント状放電を発生させる。この際に投入する電力は、大きいほど処理速度を向上させることができるので望ましいが、大きくしすぎると放電空間が被処理物10の方へ拡大しすぎるため、高電圧印加電極2と被処理物10との間でアーク状放電が発生し、被処理物10に甚大なダメージを与えることがある。このため、投入電力の適切な値は、反応ガスの種類、反応ガスの組成、反応ガスの流量、電極ユニット1と被処理物10との距離L、高電圧印加電極2と接地電極3との距離D、必要な処理能力などの応じて適宜決定される。   When the reactive gas is supplied to the generated plasma 5, the reactive gas is excited and active species are generated. Here, the input power is adjusted to generate a filament discharge. It is desirable that the electric power input at this time is as large as possible because the processing speed can be improved. However, if the electric power is excessively large, the discharge space is excessively expanded toward the object to be processed 10. An arc-like discharge may occur between the workpiece 10 and the object 10 to be processed. For this reason, the appropriate value of the input power is the kind of the reaction gas, the composition of the reaction gas, the flow rate of the reaction gas, the distance L between the electrode unit 1 and the object to be processed 10, the high voltage application electrode 2 and the ground electrode 3 It is appropriately determined according to the distance D, required processing capacity, and the like.

ここで、本実施例においては、前記高電圧印加電極2から接地電極3へ向かう電気力線方向13と、電極ユニット1の下方におけるガス流方向14とのなす角度θが、0<θ<90°の条件を満たすように、電極ユニット1、ガス導入口6およびガス排出口7の配置がそれぞれ設定される。この状態でフィラメント状放電を発生させると、フィラメント状放電の発生位置がガス流方向14の上流側から下流側へ向かって斜め方向、すなわち電気力線方向13と直交する方向に沿って連続的に移動する。   Here, in this embodiment, the angle θ formed by the direction of electric force lines 13 from the high voltage application electrode 2 to the ground electrode 3 and the gas flow direction 14 below the electrode unit 1 is 0 <θ <90. The arrangement of the electrode unit 1, the gas inlet 6 and the gas outlet 7 is set so as to satisfy the condition of °. When filamentous discharge is generated in this state, the filamentous discharge is generated continuously in an oblique direction from the upstream side to the downstream side in the gas flow direction 14, that is, along the direction orthogonal to the electric force line direction 13. Moving.

このようなプラズマ5の状態を維持したまま、被処理物10を搬送装置8に設置し、ガス流方向14と平行方向に被処理物10を搬送すると、被処理物10へ向かって拡散した活性種が被処理物10に作用し、プラズマ処理が進行する。   While maintaining the state of the plasma 5 as described above, when the workpiece 10 is installed in the transfer device 8 and the workpiece 10 is transferred in a direction parallel to the gas flow direction 14, the activity diffused toward the workpiece 10 is diffused. The seeds act on the workpiece 10 and the plasma treatment proceeds.

ここで、フィラメント放電に着目して、本実施例のプラズマ処理装置18と従来のプラズマ処理装置とを比較する。図5は従来のプラズマ処理装置の縦断面図であり、本実施例のプラズマ処理装置の図2に相当する図である。
図5に示されるように、従来のプラズマ処理装置の電極ユニット101は、電力印加電極102から接地電極103へ向かう電気力線方向113と、電極ユニット101の下方におけるガス流方向114とがおおよそ平行であり、電気力線方向に交差する方向のガス流成分がほぼゼロである。このため、従来のプラズマ処理装置では、フィラメント状放電の発生位置が移動することなく固定され等ピッチで並ぶ。
Here, focusing on filament discharge, the plasma processing apparatus 18 of the present embodiment is compared with the conventional plasma processing apparatus. FIG. 5 is a longitudinal sectional view of a conventional plasma processing apparatus, and corresponds to FIG. 2 of the plasma processing apparatus of the present embodiment.
As shown in FIG. 5, in the electrode unit 101 of the conventional plasma processing apparatus, the electric force line direction 113 from the power application electrode 102 to the ground electrode 103 and the gas flow direction 114 below the electrode unit 101 are approximately parallel. And the gas flow component in the direction crossing the direction of the electric field lines is almost zero. For this reason, in the conventional plasma processing apparatus, the generation | occurrence | production position of filamentous discharge is fixed without moving, and it arranges at equal pitch.

一方、図1〜3に示される本実施例のプラズマ処理装置18では、高電圧印加電極2から接地電極3へ向かう電気力線方向13と、電極ユニット1の下方におけるガス流方向14とのなす角度θが、0<θ<90°の条件を満たすように設定されているため、電気力線方向13に対して交差する方向に流れるガス流によって電池力線方向13に直交する方向に沿ってフィラメント状放電の発生位置が連続的に移動していく。この結果、図3に示すように電極ユニット1の底面からプラズマ5を観察すると、フィラメント状放電の発生位置がフィラメントピッチMを保ったまま、プラズマ端15からプラズマ端16の方向に向かって電気力線方向13に直交する方向に沿って移動しているように見えることになる。   On the other hand, in the plasma processing apparatus 18 of the present embodiment shown in FIGS. 1 to 3, an electric force line direction 13 from the high voltage application electrode 2 to the ground electrode 3 and a gas flow direction 14 below the electrode unit 1 are formed. Since the angle θ is set so as to satisfy the condition of 0 <θ <90 °, the gas flow flowing in the direction intersecting the electric force line direction 13 is along the direction orthogonal to the battery force line direction 13. The generation position of the filament discharge moves continuously. As a result, when the plasma 5 is observed from the bottom surface of the electrode unit 1 as shown in FIG. 3, the electric force from the plasma end 15 toward the plasma end 16 is maintained while the filament discharge generation position is maintained at the filament pitch M. It will appear to move along a direction orthogonal to the line direction 13.

このフィラメント状放電の発生位置の移動速度は、ガス流速の増加に伴って速くなり、ついには発光が強い領域と弱い領域との区別がつかなくなるまで、フィラメント状放電を見かけ上均一化することが可能である。また、θの値は大きくなるほど、電気力線方向13に対して直交する方向成分のガス流が増大するので、フィラメント状放電の発生位置の移動速度は速くなる。この一方で、ガス流速が速くなるほど、反応ガスがプラズマ5中に滞在する時間が短縮され反応ガスの分解効率が低下するため、処理速度は低下する。このためガス流速の過剰な増加は回避すべきである。   The moving speed of the filament-like discharge generation position increases as the gas flow rate increases, and finally the filament-like discharge is apparently uniform until it becomes impossible to distinguish between the strong emission region and the weak emission region. Is possible. Further, as the value of θ increases, the gas flow of the direction component orthogonal to the electric force line direction 13 increases, so that the moving speed of the filament discharge generation position increases. On the other hand, the higher the gas flow rate, the shorter the time for the reaction gas to stay in the plasma 5 and the lower the decomposition efficiency of the reaction gas, so the processing speed decreases. For this reason, an excessive increase in gas flow rate should be avoided.

そこで、本発明者らはガス流速に関して鋭意研究を重ねた結果、電気力線方向13に対して直交する方向成分のガス流の流速と、フィラメント状放電の発生位置の移動速度とが略等しいことを見出し、最良の処理特性を得るうえで好ましいガス流速(ガス導入口6からガス排出口7へ流れるガス流の流速)の設定方法を考察した。
つまり、本発明者らは、最良の処理特性が得られるガス流速Jと、フィラメント放電ピッチM、被処理物の移動速度V、プラズマ発生領域の幅W、および、電気力線方向13とガス流方向14とのなす角度θとが満たすべき関係について次のように考察した。
Therefore, as a result of intensive studies on the gas flow rate, the present inventors have found that the flow velocity of the gas flow in the direction component orthogonal to the electric force line direction 13 is substantially equal to the moving speed of the filament discharge occurrence position. The gas flow rate (the flow rate of the gas flow flowing from the gas inlet 6 to the gas outlet 7) that is preferable for obtaining the best processing characteristics was considered.
In other words, the inventors of the present invention have described the gas flow rate J, the filament discharge pitch M, the moving speed V of the workpiece, the width W of the plasma generation region, and the electric flux line direction 13 and the gas flow, at which the best processing characteristics can be obtained. The relationship to be satisfied by the angle θ formed with the direction 14 was considered as follows.

まず、図4に示すような、幅Wのフィラメント状放電発生位置A1がプラズマ発生領域C内を移動してフィラメント状放電発生位置A2に至ると同時に、要素B1が搬送方向17の方向へプラズマ発生領域C内を移動して要素B2に至るような処理工程を考える。
このとき、フィラメント状放電発生位置A1がA2に至る時間T1は、次の式1で示される。

T1=M/(Jsinθ)・・・(式1)

次に、要素B1がB2に至るまでの時間T2は、次の式2で示される。

T2=W/(V/cosθ)・・・(式2)

そして、T1=T2であるとき、要素A1内の全ての点が、k回だけフィラメント状放電発生位置を通過することになるので、要素B1内は均一に処理されてB2に達する。すなわち、ガス流速Jが次の式3を満たす。但し、kは1以上の整数である。

J=kMV/(Wsinθcosθ)・・・(式3)

本実施例では、式3で求められたガス流速に設定することにより、処理特性の均一性を劇的に改善することができる。
First, as shown in FIG. 4, a filamentous discharge generation position A1 having a width W moves in the plasma generation region C to reach the filamentous discharge generation position A2, and at the same time, the element B1 generates plasma in the transport direction 17. Consider a processing step that moves in the region C to reach the element B2.
At this time, a time T1 for the filamentous discharge generation position A1 to reach A2 is expressed by the following formula 1.

T1 = M / (Jsin θ) (Formula 1)

Next, the time T2 until the element B1 reaches B2 is expressed by the following equation 2.

T2 = W / (V / cos θ) (Expression 2)

When T1 = T2, all points in the element A1 pass through the filament-like discharge generation position k times, so that the inside of the element B1 is uniformly processed and reaches B2. That is, the gas flow rate J satisfies the following formula 3. However, k is an integer of 1 or more.

J = kMV / (Wsin θ cos θ) (Equation 3)

In the present embodiment, the uniformity of the processing characteristics can be drastically improved by setting the gas flow rate obtained by Expression 3.

以上に示したような本実施例のフィラメント状放電によるプラズマ処理は、従来のフィラメント状放電によるプラズマ処理を行った場合に生じていた課題を解決することができる。   As described above, the plasma processing by filament discharge of the present embodiment can solve the problems that occur when the plasma processing by conventional filament discharge is performed.

第一に、フィラメント状放電が発生する位置が移動して均一化されているため、電子密度が局所的に高くなる領域が発生せず、被処理物10の処理領域内において処理速度が一定となる。このため、被処理物10の処理特性のばらつきが大きく低減される。   First, since the position where the filament discharge is generated is moved and made uniform, a region where the electron density is locally increased does not occur, and the processing speed is constant in the processing region of the workpiece 10. Become. For this reason, the dispersion | variation in the processing characteristic of the to-be-processed object 10 is reduced significantly.

第二に、フィラメント状放電の発生位置が移動して、局所的な電界強度の集中が緩和されるため、高電圧印加電極2と被処理物10との間に電気力線が形成されにくくなり、被処理物10に対するダメージが小さくなる。このため、液晶用基板など、導体パターンと半導体あるいは絶縁体パターンが混在、または積層されているような被処理物10に対してもダメージを与えることなく処理することができる。   Secondly, the position where the filament discharge is generated moves and the concentration of the local electric field strength is relaxed, so that it is difficult to form electric lines of force between the high voltage application electrode 2 and the workpiece 10. The damage to the object to be processed 10 is reduced. For this reason, it can process without giving damage to the to-be-processed object 10 in which a conductor pattern and a semiconductor or an insulator pattern are mixed or laminated | stacked, such as a liquid crystal substrate.

そして第三に、フィラメント状放電の発生位置が移動するため、絶縁体4の温度が局所的に上昇することがなく、熱応力で割れることがない。したがって、電極ユニット1の耐久性が低下することがない。   Thirdly, since the position where the filamentous discharge is generated moves, the temperature of the insulator 4 does not rise locally and does not break due to thermal stress. Therefore, the durability of the electrode unit 1 does not deteriorate.

以上の結果、本実施例によるプラズマ処理装置18は、従来、フィラメント状放電によるプラズマ処理に適さなかった様々なプラズマ処理に利用することが可能である。
また、フィラメント状放電によるプラズマ処理であるため、グロー放電によるプラズマ処理に比べて、処理速度が格段に速くなる。したがって、グロー放電による処理の場合のように、遅い処理速度を電極組数の増加などによって補う必要がない。
このように、本実施例のプラズマ処理装置18によれば、コスト増加や装置構成の複雑化を伴うことなく、処理速度が速く、かつ、処理特性が均一なプラズマ処理を行うことができる。
As a result of the above, the plasma processing apparatus 18 according to the present embodiment can be used for various plasma treatments that have not been suitable for plasma treatment by filament discharge.
Further, since the plasma processing is performed by filament discharge, the processing speed is remarkably increased as compared with the plasma processing by glow discharge. Therefore, it is not necessary to compensate for the slow processing speed by increasing the number of electrode sets, as in the case of processing by glow discharge.
As described above, according to the plasma processing apparatus 18 of the present embodiment, it is possible to perform plasma processing with high processing speed and uniform processing characteristics without increasing costs and complication of the apparatus configuration.

なお、本実施例においては、電極ユニット1として図1〜3に示される構造のものを例示したが、この発明によるプラズマ処理装置18の電極ユニット1は、必ずしも本実施例で例示された構造に限られるものではない。
本実施例においては、矩形形状のガス導入口6とガス排出口7を例示したが、放電空間に均一にガスを供給できるのであれば、必ずしも矩形形状でなくともよく、その形状は特に限定されない。
本実施例においては、電源11の周波数として13.56MHzを用いているが、必ずしもこの周波数に限られるものではない。
本実施例においては、被処理物10の搬送方向17とガス流方向14が同じである場合について説明したが、被処理物10の搬送方向17とガス流方向14は互いに逆方向であってもよい。
In the present embodiment, the electrode unit 1 having the structure shown in FIGS. 1 to 3 has been exemplified, but the electrode unit 1 of the plasma processing apparatus 18 according to the present invention is not necessarily in the structure illustrated in the present embodiment. It is not limited.
In the present embodiment, the rectangular gas inlet 6 and the gas outlet 7 are illustrated, but as long as the gas can be uniformly supplied to the discharge space, the gas inlet 6 and the gas outlet 7 are not necessarily rectangular and the shape is not particularly limited. .
In the present embodiment, 13.56 MHz is used as the frequency of the power supply 11, but it is not necessarily limited to this frequency.
In the present embodiment, the case where the transport direction 17 of the workpiece 10 and the gas flow direction 14 are the same has been described, but the transport direction 17 of the workpiece 10 and the gas flow direction 14 may be opposite to each other. Good.

以下、上述の実施例によるプラズマ処理装置18を用いてシリコン膜のエッチングを行った試験例について説明する。
被処理物10は、ガラス基板上にシリコン膜が形成された基板を用いた。基板サイズは400mm角である。大気圧雰囲気で、He、CF4、O2を体積比率で100:5:2の割合で混合した反応ガスを、ガス流速が1.2m/分となるようにガス導入口6から導入し、ガス排出口7から排出させた。電極ユニット1と被処理物10との距離Lは4mm、被処理物10の移動速度Vは3.6m/分とした。
A test example in which a silicon film is etched using the plasma processing apparatus 18 according to the above-described embodiment will be described below.
As the object to be processed 10, a substrate in which a silicon film was formed on a glass substrate was used. The substrate size is 400 mm square. In an atmospheric pressure atmosphere, a reaction gas in which He, CF4, and O2 are mixed at a volume ratio of 100: 5: 2 is introduced from the gas inlet 6 so that the gas flow rate becomes 1.2 m / min. It was discharged from the outlet 7. The distance L between the electrode unit 1 and the workpiece 10 was 4 mm, and the moving speed V of the workpiece 10 was 3.6 m / min.

この状態で、高電圧印加電極2から接地電極3へ向かう電気力線方向13と電極ユニット1の下方におけるガス流方向14とのなす角度θおよび、電力印加電極2に投入する電力を変化させた。
まず、角度θが0°である状態で700Wの電力を投入したところ、グロー放電が発生した(この状態を「プラズマA」と称する)。さらに、角度θが0°のままで投入電力を2000Wに増加させると、フィラメント状放電が発生した。このとき、フィラメント状放電が発生する位置は移動せずに等ピッチで並び、フィラメントピッチMは1mmであった(この状態を「プラズマB」と称する)。次に、角度θを45°とした状態で、2000Wの電力を投入したところ、フィラメント状放電の発生位置が移動するようになった(この状態を「プラズマC」と称する)。プラズマA〜Cのいずれにおいても、電気力線に平行な方向のプラズマ発生領域の幅Wは3mmであった。
In this state, the angle θ formed between the electric force line direction 13 from the high voltage application electrode 2 to the ground electrode 3 and the gas flow direction 14 below the electrode unit 1 and the power supplied to the power application electrode 2 were changed. .
First, when 700 W of electric power was applied while the angle θ was 0 °, glow discharge was generated (this state is referred to as “plasma A”). Furthermore, when the input power was increased to 2000 W with the angle θ kept at 0 °, filamentary discharge was generated. At this time, the positions where the filament discharges were generated were arranged at an equal pitch without moving, and the filament pitch M was 1 mm (this state is referred to as “plasma B”). Next, when an electric power of 2000 W was applied with the angle θ set at 45 °, the filament discharge generation position moved (this state is referred to as “plasma C”). In any of the plasmas A to C, the width W of the plasma generation region in the direction parallel to the lines of electric force was 3 mm.

次に、各プラズマA〜Cを発生させた状態で、被処理物10を搬送してエッチング処理を行った。その際の平均エッチング深さ、およびそのばらつきを評価した結果を以下の表1に示す。   Next, in a state where each of the plasmas A to C was generated, the object to be processed 10 was conveyed and an etching process was performed. Table 1 below shows the results of evaluating the average etching depth and variations thereof.

Figure 2007027187
Figure 2007027187

表1から明らかなように、プラズマAによる処理では、処理特性のばらつきは小さいが処理速度が遅く、プラズマBによる処理では、処理速度は速いが処理特性のばらつきが大きい。
これに対し、本実施例の利点を生かしたプラズマCによる処理では、処理特性のばらつき、処理速度の両方について優れていることが分かる。
As is apparent from Table 1, the processing with plasma A has a small processing characteristic variation but the processing speed is slow, and the processing with plasma B has a high processing speed but a large processing characteristic variation.
On the other hand, it can be seen that the processing using plasma C, which takes advantage of the present embodiment, is excellent in both processing characteristic variation and processing speed.

この発明の実施例によるプラズマ処理装置の横断面図(図2のX−X'断面図)である。It is a cross-sectional view (XX 'cross-sectional view of FIG. 2) of the plasma processing apparatus by the Example of this invention. この発明の実施例によるプラズマ処理装置の縦断面図(図1のY−Y'断面図)である。It is a longitudinal cross-sectional view (YY 'cross-sectional view of FIG. 1) of the plasma processing apparatus by the Example of this invention. 図1に示されるプラズマ処理装置の電極ユニットの底面図である。It is a bottom view of the electrode unit of the plasma processing apparatus shown by FIG. この発明の実施例によるプラズマ処理装置において、フィラメント状放電が移動する様子を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining a mode that a filamentous discharge moves in the plasma processing apparatus by the Example of this invention. 従来のプラズマ処理装置の縦断面図であり、この発明の実施例によるプラズマ処理装置の図2に相当する図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the conventional plasma processing apparatus, and is a figure equivalent to FIG. 2 of the plasma processing apparatus by the Example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・電極ユニット
2・・・高電圧印加電極
3・・・接地電極
4・・・絶縁体
5・・・プラズマ
6・・・ガス導入口
7・・・ガス排出口
8・・・搬送装置
9・・・ガス流路
10・・・被処理物
11・・・電源
12・・・電力伝達線路開放端
13・・・電気力線方向
14・・・ガス流方向
15,16・・・プラズマ端
17・・・搬送方向
18・・・プラズマ処理装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electrode unit 2 ... High voltage application electrode 3 ... Ground electrode 4 ... Insulator 5 ... Plasma 6 ... Gas inlet 7 ... Gas outlet 8 ... Conveyance Apparatus 9 ... Gas flow path 10 ... Object to be processed 11 ... Power source 12 ... Power transmission line open end 13 ... Electric field line direction 14 ... Gas flow direction 15, 16 ... Plasma end 17 ... Conveying direction 18 ... Plasma processing equipment

Claims (8)

絶縁体を挟んで互いに隣接する一対の第1電極および第2電極とからなる電極ユニットと、電極ユニットと対向しかつ外部と通ずる常圧の空間にガスを供給するガス供給手段と、前記空間からガスを排出するガス排出手段と、前記空間に被処理物を導入し搬送し搬出する搬送手段とを備え、電極ユニットは電力が投入された際に第1および第2電極間に略等ピッチで並ぶフィラメント状放電を発生させてプラズマを生成でき、電極ユニット、ガス供給手段およびガス排出手段は、ガス供給手段からガス排出手段へ流れるガス流によってフィラメント状放電の発生位置が連続的に移動するようにそれぞれ配置されることを特徴とするプラズマ処理装置。   An electrode unit composed of a pair of first electrode and second electrode adjacent to each other with an insulator interposed therebetween, a gas supply means for supplying gas to a normal pressure space facing the electrode unit and communicating with the outside, from the space A gas discharge means for discharging gas; and a transfer means for introducing, transferring, and carrying out the object to be processed in the space, and the electrode unit is arranged at a substantially equal pitch between the first and second electrodes when power is turned on. Plasma can be generated by generating aligned filamentary discharges, and the electrode unit, the gas supply means, and the gas discharge means are configured so that the generation position of the filamentous discharge is continuously moved by the gas flow flowing from the gas supply means to the gas discharge means. Each of the plasma processing apparatuses is disposed in each. ガス供給手段からガス排出手段へ流れるガス流は、第1電極から第2電極へ向かう電気力線方向に対して直交する方向成分のガス流を含むことを特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理装置。   2. The plasma according to claim 1, wherein the gas flow flowing from the gas supply means to the gas discharge means includes a gas flow having a directional component orthogonal to a direction of electric lines of force from the first electrode to the second electrode. Processing equipment. 請求項1に記載のプラズマ処理装置を用い、電極ユニットと対向しかつ外部と通ずる常圧の空間にガス供給手段からガスを供給する工程と、電極ユニットに電力を投入して第1および第2電極間に略等ピッチで並ぶフィラメント状放電を発生させてプラズマを生成する工程と、搬送手段によって被処理物を前記空間に導入し搬送し搬出する工程とを備え、ガス供給手段からガスを供給する工程は、電力の投入によって発生したフィラメント状放電の発生位置がガス供給手段からガス排出手段へ流れるガス流によって連続的に移動するようにガスを供給する工程であることを特徴とするプラズマ処理方法。   A step of supplying a gas from a gas supply means to a normal pressure space facing the electrode unit and communicating with the outside using the plasma processing apparatus according to claim 1, and supplying electric power to the electrode unit. Supplying gas from the gas supply means, comprising the steps of generating plasma by generating filamentary discharges arranged at substantially equal pitches between the electrodes, and introducing and transferring the object to be processed into the space by the transfer means. The step of performing the plasma treatment is a step of supplying gas so that the generation position of the filament-like discharge generated by the power supply is continuously moved by the gas flow flowing from the gas supply means to the gas discharge means Method. ガス供給手段からガスを供給する工程は、ガス供給手段からガス排出手段へ流れるガス流が、第1電極から第2電極へ向かう電気力線方向に対して直交する方向成分のガス流を含むようにガスを供給する工程であることを特徴とする請求項3に記載のプラズマ処理方法。   The step of supplying the gas from the gas supply means is such that the gas flow flowing from the gas supply means to the gas discharge means includes a gas flow of a directional component orthogonal to the direction of the electric force line from the first electrode to the second electrode. The plasma processing method according to claim 3, wherein a gas is supplied to the substrate. ガス供給手段からガスを供給する工程は、電極ユニットと対向する部位におけるガス流の方向と第1電極から第2電極へ向かう電気力線方向とのなす角度θが、0<θ<90°の条件を満たすようにガスを供給する工程であることを特徴とする請求項3または4に記載のプラズマ処理方法。   In the step of supplying gas from the gas supply means, the angle θ formed by the direction of the gas flow at the portion facing the electrode unit and the direction of the electric force line from the first electrode to the second electrode is 0 <θ <90 °. The plasma processing method according to claim 3, wherein the plasma processing method is a step of supplying a gas so as to satisfy a condition. フィラメント状放電の発生位置が連続的に移動する速度は、第1電極から第2電極へ向かう電気力線方向と直交する方向成分のガス流の流速と略等しいことを特徴とする請求項3〜5のいずれか1つに記載のプラズマ処理方法。   The speed at which the filament discharge generation position continuously moves is substantially equal to the flow velocity of the gas component having a direction component perpendicular to the direction of the electric force line from the first electrode to the second electrode. 6. The plasma processing method according to any one of 5 above. ガス供給手段からガス排出手段へ流れるガス流の流速Jは、フィラメント状放電の発生位置が移動しない時のフィラメント状放電のピッチM、被処理物の移動速度V、第1電極から第2電極へ向かう電気力線方向に平行な方向のプラズマ発生領域の幅W、前記角度θ、1以上の整数kにより、J=kMV/(Wsinθcosθ)の関係を満たすように設定されることを特徴とする請求項5または6に記載のプラズマ処理方法。   The flow velocity J of the gas flow flowing from the gas supply means to the gas discharge means is the pitch M of the filament discharge when the filament discharge generation position does not move, the moving speed V of the workpiece, and the first electrode to the second electrode. The width W of the plasma generation region in a direction parallel to the direction of the electric force line to go, the angle θ, and an integer k equal to or greater than 1, are set so as to satisfy a relationship of J = kMV / (Wsinθcosθ). Item 7. The plasma processing method according to Item 5 or 6. 被処理物がガラス基板上に導体パターンと半導体または絶縁体パターンが混在あるいは積層された液晶用基板基板であり、ガス供給手段から供給されるガスが希ガスに酸化性ガスまたはハロゲンガスが添加された反応ガスであることを特徴とする請求項3〜7のいずれか1つに記載のプラズマ処理方法。   The object to be processed is a liquid crystal substrate substrate in which a conductor pattern and a semiconductor or insulator pattern are mixed or laminated on a glass substrate, and the gas supplied from the gas supply means is added with an oxidizing gas or a halogen gas to a rare gas. The plasma processing method according to claim 3, wherein the plasma processing method is a reactive gas.
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